OpenGL入门之认识OpenGL和创建Window

Posted 2022-12-05 木大白易

本系列文章为Learn OpenGL个人学习总结！
OpenGL入门（一）之认识OpenGL和创建Window
OpenGL入门（二）之渲染管线pipeline，VAO、VBO和EBO
OpenGL入门（三）之着色器Shader
OpenGL入门（四）之纹理Texture
OpenGL入门（五）之Matrix矩阵操作和坐标系统
OpenGL进阶（一）之帧缓冲FrameBuffer
OpenGL进阶（二）之像素缓冲PixelBuffer

简介

什么是OpenGL

OpenGL是一个由Khronos组织制定并维护的规范(Specification)，供我们访问GPU资源，OpenGL规范严格规定了每个函数该如何执行，以及它们的输出值，具体函数实现由各大显卡厂商提供！

渲染模式

• 立即渲染模式（Immediate mode），也叫固定渲染管线，该模式绘图比较简单，因为大部分实现细节都被库封装起来了！（3.2版本之前）
• 核心模式（Core-profile），可以真正理解和深入图行编程，相对来说学习也更困难一点！（3.2版本及之后）

本系列文章使用版本：OpenGL 3.3

拓展

OpenGL的一大特性就是对扩展(Extension)的支持，当一个显卡公司提出一个新特性或者渲染上的大优化，通常会以扩展的方式在驱动中实现。

if(GL_ARB_extension_name)

    // 使用硬件支持的全新的现代特性

else

    // 不支持此扩展: 用旧的方式去做

状态机

OpenGL自身是一个巨大的状态机(State Machine)：一系列的变量描述OpenGL此刻应当如何运行。OpenGL的状态通常被称为OpenGL上下文(Context)。
当使用OpenGL的时候，我们会遇到一些状态设置函数(State-changing Function)，这类函数将会改变上下文。以及状态使用函数(State-using Function)，这类函数会根据当前OpenGL的状态执行一些操作。

对象

OpenGL库是用C语言写的，同时也支持多种语言的派生，但其内核仍是一个C库。由于C的一些语言结构不易被翻译到其它的高级语言，因此OpenGL开发的时候引入了一些抽象层。
在OpenGL中一个对象是指一些选项的集合，它代表OpenGL状态的一个子集。可以把对象看做一个C风格的结构体(Struct)：

struct object_name 
    float  option1;
    int    option2;
    char[] name;
;

创建Window

环境

IDE：VS Code
OS：Mac OS

直接去官网下载GLFW mac的预编译好的库！导入工程中！
配置Task.json

"tasks": [
        
            "type": "cppbuild",
            "label": "C/C++: clang++ 生成活动文件",
            "command": "/usr/bin/clang++",
            "args": [
                "-fcolor-diagnostics",
                "-fansi-escape-codes",
                "-g",
                "$file",
                "-I",
                "$workspaceFolder/dependency/include",
                "-L",
                "$workspaceFolder/dependency/lib-universal",
                "-lglfw3",
                "-framework",
                "OpenGL",
                "-framework",
                "Cocoa",
                "-framework",
                "IOKit",
                "-o",
                "$fileDirname/$fileBasenameNoExtension"
            ],
            "options": 
                "cwd": "$fileDirname"
            ,
            "problemMatcher": [
                "$gcc"
            ],
            "group": 
                "kind": "build",
                "isDefault": true
            ,
            "detail": "调试器生成的任务。"
        
    ],

重点：主要就是上边添加头文件和库的地方：

                "-I",
                "$workspaceFolder/dependency/include",
                "-L",
                "$workspaceFolder/dependency/lib-universal",
                "-lglfw3",
                "-framework",
                "OpenGL",
                "-framework",
                "Cocoa",
                "-framework",
                "IOKit"

绘制

#include <GLFW/glfw3.h>
#include <iostream>

//窗口大小改变回调函数
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow *window, int width, int height)

    std::cout << "GLFW window change width="<<width <<",height="<<height << std::endl;
    //设置窗口的维度   前两个参数控制窗口的左下角的位置，后两个参数控制渲染窗口的宽高(像素)
    glViewport(0, 0, width, height);


//获取用户输入
//如果按下了esc，则修改为true，关闭窗口
void processInput(GLFWwindow *window)

    if(glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
        glfwSetWindowShouldClose(window, true);


int main(void)

    glfwInit();
    // set version 3.3
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
    // set core-profile
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);
    // mac os need
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE);

    //窗口的宽、高
    GLFWwindow *window = glfwCreateWindow(800, 600, "LearnOpenGL", NULL, NULL);
    if (window == NULL)
    
        std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
        glfwTerminate();
        return -1;
    
    glfwMakeContextCurrent(window);

    //设置窗口大小调整时的回调
    glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);

    //渲染
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    
        processInput(window);

        glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);//清空屏幕所用的颜色，当前颜色将被设置到后缓冲中
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); //清空屏幕的颜色缓冲，使用后缓冲中的颜色渲染
        glfwSwapBuffers(window); //交换缓冲
        glfwPollEvents();
    

    glfwTerminate();
    return 0;

编译运行就可以得到一个窗口了！比较简单，代码中注释也很清楚了！

需要额外注意的一点：就是OpenGL的双缓冲：

双缓冲(Double Buffer)
应用程序使用单缓冲绘图时可能会存在图像闪烁的问题。 这是因为生成的图像不是一下子被绘制出来的，而是按照从左到右，由上而下逐像素地绘制而成的。最终图像不是在瞬间显示给用户，而是通过一步一步生成的，这会导致渲染的结果很不真实。为了规避这些问题，我们应用双缓冲渲染窗口应用程序。前缓冲保存着最终输出的图像，它会在屏幕上显示；而所有的的渲染指令都会在后缓冲上绘制。当所有的渲染指令执行完毕后，我们交换(Swap)前缓冲和后缓冲，这样图像就立即呈显出来，之前提到的不真实感就消除了。